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等离子体射流共裂解煤和天然气制乙炔实验研究

尚书勇  
【摘要】:实验研究等离子体射流共裂解天然气和煤制乙炔。用氮气作为工作气体放电起弧形成高速喷射的等离子体射流,将煤粉通过天然气送入此高温环境,煤中的挥发份和天然气的甲烷成分在此无氧、高温环境中同时得到裂解,生成含乙炔的裂解气。实验结果表明,煤和天然气在共裂解中不但得到了各自单独裂解的效果,而且产品量略有增加。分析表明,共裂解中天然气脱出氢与煤中固定碳发生了作用,采用共裂解方法可大大降低生产乙炔的比能。 全文分三个部分。 第一部分为综述,对利用煤或天然气为原料制乙炔的技术和研究状况作了较详细的评述和总结。其中包括分别已经工业化的部分氧化法、电弧裂解法、电石水解法制乙炔工艺,以及正在研究中的等离子体射流法单独裂解煤或天然气制乙炔技术发展状况。并且比较了上述各种方法具有的优势和不足。注意到等离子体射流法裂解天然气时,在获得目的产品乙炔的同时产生被裂解天然气体积1~1.5 倍的氢气。从理论上讲,这些氢气可同时参与对煤的反应。因此,将天然气和煤粉同时送入等离子体射流进行裂解,可望获得比等离子体单独裂解天然气或煤粉更多的产品量,降低单位产品量的能耗。因此提出了用等离子体射流共裂解煤和天然气的概念。 第二部分讨论了热等离子体共裂解煤和天然气工艺中的几个关键问题。利用热力学平衡和能量平衡方程给出了氮等离子体的离解度、温度与输入功率和工作气体流量的关系。在电源输出功率为15KW ,等离子体工作气体氮气流量2 Nm 3 /hr 的典型工作条件下,计算得到氮气离解度为20%,等离子体发生器出口速度为63.3 m /s,出口温度为5000K。


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